澳大利亚煤炭资源丰富,煤层赋存平稳、地质破坏小、断层少。其地下开采的传统方法是采用房柱式和短壁式开采。但目前房柱式开采产量占地下矿总产量的比重已下降到10%以下,而综采产量快速增长。
表4 1998年~2004年澳大利亚煤炭产量统计(单位:万吨)
表5 1998年~2002年澳大利亚劳动效率
1、澳大利亚莫兰巴北矿
莫兰巴北矿(Moranbah North coal mine)位于马凯(Mackay)以西180km处,距南面莫兰巴镇15km。该矿位于鲍恩煤田,生产优质焦煤,平均灰份8.5%,水分10%,产品出口国际市场。
莫兰巴北矿的长壁工作面于1999年1月中旬建成投产,{dy}年生产原煤4.2Mt,在其后的5年内煤炭产量逐渐增加,到2003年原煤产量达到6Mt。这座现代化煤矿煤炭产量设计达到7~8Mt,人均年生产效率为36000~37000t,成为世界上生产效率{zg}的煤矿之一。
①储量
莫兰巴北矿租地井田内有9层煤,其中GM煤层为优质煤,具有{zh0}的经济开发价值。该层煤厚5~6m,向南逐渐尖灭。整个井田内的煤炭总储量为333Mt,其中包括位于煤矿南端的开采经济性较差的煤炭产量。
②工作面布置
GM煤层的平均厚度为5~6m,长壁工作面的{zd0}采高4.5m,留0.4~0.9m煤作为护顶煤。长壁工作面宽度260m,{dy}个盘区长度2.4km,{zd0}的盘区长度为3km。
表27 莫兰巴北煤矿长壁工作面设备技术参数
采煤机 |
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采煤机总功率 |
1510 kW |
切割部电机功率 |
2×610kW |
牵引部电机功率 |
2×90kW |
可选择的块煤破碎机功率 |
110kW |
切割高度 |
3~5m |
{zd0}切割速度 |
24m/min |
滚筒尺度 |
2500×925mm |
液压支架 |
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额定支撑力 |
2×980t |
变化高度 |
2.2~5m |
设计的额定阻力 |
95t/m2 |
设计的屈服阻力 |
106 t/m2 |
{zd0}的柱底压力 |
5.7Mpa |
顶梁前端至工作面的距离 |
482mm |
工作面输送机和转载机 |
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输送机驱动电机功率 |
2×800kW |
输送机槽的尺寸 |
375×1100mm |
输送机链条尺寸 |
双链42×152mm |
转载机驱动机电机功率 |
375 kW |
破碎机电机功率 |
375 kW |
单轨吊 |
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长度 |
737m |
总有效移动长度 |
374m |
软管总长度 |
6.5km |
软泥岩顶底板可能是{zd0}的地质限制条件。为此底板采用了混凝土集料加固,特别是对人行道底板的加固。煤巷掘进时,顶板留2m厚的护顶煤,以提供一个安全进行顶板锚杆安装的平面。
③基础设施
煤矿地面的基础设施主要有供办公、职工浴室和机修车间用的建筑物,以及选煤厂等。初步设计的选煤厂年原煤洗选能力8Mt。洗煤厂采用了{zx1}的低成本洗选技术,生产的各种产品可以满足不同用户的要求。采用的在线煤质监测系统可以保证煤质。
④长壁工作面设备
长壁工作面是莫兰巴北矿的生产中心,因此购买长壁工作面设备的方案制定非常严格,以保证煤质、技术和安全条件得到满足。
设备购买分两个阶段:首先购买采煤机、液压支架、工作面输送机和转载机等主要设备。当这些设备计划购买之后,再购买液压设备、电器设备和运输巷的各种设备。
根据招标开始前制定的合同管理准则,对设备生产商和供应商进行选择。按照上述程序中标的设备生产商和供应商有:
采煤机 JOY采矿设备公司
液压支架 JOY采矿设备公司
工作面输送机、转载机 JOY采矿设备公司
液压设备 JOY采矿设备公司
电器设备 Amp控制设备公司
单轨吊 Macquane工程公司
煤炭运输和保险业务 Carpenztena 公司
长壁工作面的日产量已达到25000t原煤。
2、现代化的克瑞努姆煤矿
克瑞努姆(Crinum)煤矿是澳大利亚昆士兰州的一座现代化地下煤矿。该矿于1997年6月投产,设计原煤产量4.6Mt,其长壁工作面的长度是澳大利亚地下煤矿中最长的,达到270m。克瑞努姆煤矿位于爱默拉尔德(Emerald)东北62km处。建设克瑞努姆煤矿的目的是为了逐渐取代资源枯竭的格雷戈里(Gregory)露天矿。
克瑞努姆煤矿和格雷戈里煤矿均由格雷戈里合资公司负责经营,出资方包括BHP煤炭公司(64.14%)、QCT资源公司(32.37%)和三菱开发公司(3.49%)。克瑞努姆煤矿总投资超过3.5亿澳元,其中长壁工作面投入3000万澳元。该矿共有雇员200人。
克瑞努姆煤矿和格雷戈里煤矿都在鲍恩矿区中部,位于Rio Tinto 公司所属的凯斯特罗尔(Kestrel)煤矿和MIM 公司所属的奥凯科瑞克(Oaky Creek)煤矿之间。该地区可开采的煤炭资源属二叠纪Lilyvale 煤层,煤层埋深100~130m,厚度3.5m,倾角3°~4°。克瑞努姆煤矿的煤炭资源量共153Mt,其中70Mt是目前可采用的储量。
克瑞努姆煤矿采用了双斜井和一口深85m、直径6m的通风立井。斜井和立井的掘进工程是由Thiess 承包商完成的。煤层内巷道掘进采用久益公司生产的三台远距离遥控连续采煤机,采煤机与履带移动式接料斗连接,该接料斗带动盘区皮带输送机前移,从而实现连续掘进作业。连续采煤机上安装有ARO顶板和煤壁锚杆安装机,能在掘进顺槽的同时进行支护作业。
在采煤机和工作面支架控制技术方面,克瑞努姆煤矿处于{sjlx}水平。该矿采用了朗艾道公司生产的Anderson Electra 1000 型滚筒采煤机,安装功率为880kW,具有双向切割功能,滚筒直径为2.3m,可切割2.9~3.6m厚的煤层,沿工作面每切割一刀平均产煤1320t。采用的久益公司生产的156架二柱掩护式支架,支撑力为950t,是目前澳大利亚地下煤矿采用的支撑力{zd0}的支架。支架移动采用xx自动化的SISA采煤机启动系统,进行控制的防爆计算机安装在顺槽内。采用德国DBT公司生产的铠装可弯曲输送机,宽度为1.132m,安装功率1600kW,链速1.55m/s。
来自工作面的煤被转载破碎机破碎到粒度为200mm以下,再由胶带输送机最快以每小时200t的速度运至地面。克瑞努姆煤矿斜井中的胶带输送机速度运至地面。克瑞努姆煤矿斜井中的胶带输送机运输速度为4.6m/s,安装功率为1800kW,是澳大利亚功率{zd0}的输送机之一。然后通过一台10km长、运输能力为1000t/h的输送机送至格雷戈里选煤厂。整个地面煤炭输送和洗选系统以及井下斜井中的胶带输送机均由布里斯班的CMPS&F咨询工程公司设计。洗选设备采用重介旋流器、螺旋分选机和浮选机,生产的炼焦煤和动力煤出口到国际市场。洗选产品在由铁路运至380km以外的格拉德斯通(Gladstone)港口之前,先存放在储存能力为10万t的储煤场中。
克瑞努姆煤矿非常重视煤矿安全,其中尤为关注井下涌水问题。该矿实施的井下水灾整治项目取得了成功,采用了5台抽水能力为60L/s的潜水泵和3台抽水能力为80L/s的便携式水泵,同时利用计算机系统连续监控过量涌水现象。井下的所有矿工都随身携带氧气自救器,当遇到紧急危险情况时,每个矿工可利用与矿灯蓄电池连接的接收机与地面联系。
3、库克煤矿
昆士兰州是澳大利亚生产煤炭最多的州。该州煤炭资源丰富,蕴藏条件适合建设现代化大型煤矿,采用效率高、经济效益好的露天采煤技术或长壁采煤技术开采。因此昆士兰州绝大部分煤炭产量来自大型露天矿和使用长壁综采技术的井工煤矿。昆士兰州的小煤矿要在大型煤矿的夹缝中生存,需要付出更多的艰辛。库克煤矿是昆士兰州{zh1}一座小煤矿。该矿位于昆士兰州黑水镇南部,雇员约70人,年产65万吨,是座赢利的煤矿。库克煤矿由三家公司拥有,其中一家是日本的煤炭代理商,拥有5%的股份。
库克煤矿赢利来之不易。因为库克煤矿开采的煤层是大型矿井采弃的一部分。它的采高平均为2.8米,断层多。这些断层通常不是在煤层中,而是在顶板岩层中,并且水平断层与泥岩之间有玻璃状的岩层界面。岩层顶板不稳定,难控制。库克煤矿要在这样的条件下开采煤炭,除了要选用合适的采煤方法外,还要有强有力的顶板控制措施。而这些控制顶板的有效措施基本上都费时费工,支护成本也很高。
库克煤矿生产面临的第二个困难是煤炭运输距离长。库克煤矿是斜井开采。斜井为双用途,既安装有轨道运输材料等,又安装有输送机运送煤炭。斜井到达井底之后,轨道运输在井下有2公里长,然后采用胶轮车辆运输。库克煤矿采出的煤炭用卡车运到15公里以外其他煤矿的选煤厂进行洗选。
库克煤矿面临的第三个困难是与昆士兰州政府有关部门就煤炭矿区租用费和租地费问题进行抗争。因为昆士兰州政府有关部门对库克煤矿征收高标准的煤炭矿区租用费和租地费。就是把用人少、效率高的露天煤矿的煤炭矿区租用费标准和效率高的长壁综采矿井的租地费标准应用到库克煤矿。有一年昆士兰州政府有关部门对库克煤矿征收的租地费提高了9倍。库克煤矿认为昆士兰政府有关部门应该考虑库克煤矿具体条件,降低征收有关费用的标准。
尽管困难重重,库克煤矿管理层采用了有效的措施,保证了煤矿产量大、效率高。
库克煤矿采用房柱式采煤法。房柱式采煤法是美国和澳大利亚广泛使用的一种采煤法。这种采煤法是在掘进和回收煤柱时把煤炭采出。库克煤矿井下有两个盘区生产。每个盘区装备1台JoyCM12型连续采煤机和2台至3台梭车。每个盘区有9条采煤巷道(煤房),采煤巷道之间的煤柱宽24米。连续采煤机在盘区一侧的5条采煤巷道里推进15米,接着贯通采煤巷道之间的联络巷,然后把连续采煤机开到盘区另一侧,进行采煤和贯通联络巷。回采作业就这样重复进行。顶板支护采用锚杆支护。地层条件好的地方,采用4根1.8米长的锚杆,锚杆中心间距为1.5米;在地层不稳定的地方采用6根2.4米长的锚杆支护,锚杆中心间距为1米,同时在顶板上铺金属网和护顶钢带。正常条件下,在煤帮处并没有打锚杆,只有在靠近断层的地方才打护帮锚杆。放顶时采用放顶支架,为了取消放顶支架,库克煤矿管理层正在考虑采用澳大利亚特有的旺格威利采煤法作为第二种采煤法。
库克煤矿工作人员素质高是该煤矿取得好的经济效益的一个重要条件。库克煤矿人员很少。煤矿矿主对这些工作人员评价很高。他认为这些工作人员素质高,可以信赖、负责任。
库克煤矿生产的煤炭为炼焦煤,煤炭洗选回收率为85%。由于煤炭质量好,总产量的55%出口。现在国际煤炭市场对炼焦煤需求旺盛,价格坚挺,所以库克煤矿能够赢利。